Фамилия Полымова — женская форма, мужская — Полымов. В основе лежит слово, которое сразу даёт ключ к происхождению: «полымя» или «поломя», то есть пламя, огонь. В старых говорах, особенно на Русском Севере и в Сибири, слово «полымя» было обычным: «из полымя да в полымя», «полымем пышет». Фамилию, скорее всего, дали человеку с горячим, вспыльчивым нравом — того, кто «горит» в работе или гневе, могли прозвать Полымой. Такие прозвища по характеру были распространены в крестьянской среде и не несли негативного оттенка, скорее указывали на яркую черту.

Модель образования простая: прозвище Полыма (или Полым) плюс типичный русский суффикс принадлежности -ов. Это значит, что фамилия закрепилась как «сын Полымы» или «из семьи Полымы». Суффикс -ов указывает на достаточно раннее оформление, XVI–XVII века, когда фамилии в основном давались по отцу или деду. Встречаются и однокоренные фамилии — Полымов, Полынов, Полымкин, но Полымова — одна из самых прямых по связи с исходным словом.

Есть и другая, менее вероятная версия: от географического названия. В некоторых регионах «полымом» называли выжженный участок леса — гарь, где потом сеяли лён или рожь. Тогда прозвище мог получить человек, живший на таком месте или занимавшийся подсечным земледелием. Но для фамилии Полымова эта версия слабее: прозвища по месту жительства обычно давали с суффиксом -ский или -ич, а не -ов.

Фамилия редкая, но не единичная. Встречается в Вологодской, Архангельской областях, а также в Пермском крае — то есть как раз там, где слово «полымя» было в ходу. В документах XVIII–XIX веков Полымовы числятся среди государственных крестьян, реже — среди однодворцев. Известных носителей фамилии, оставивших заметный след в истории, нет — это типичная народная фамилия, которая не попала в дворянские родословные книги, но сохранилась в глубинке.